基于NX參數(shù)化自頂向下的設(shè)計方法及其在減速器中的應(yīng)用

常 娟，劉德仿，王 斌，胡志斌

(1.鹽城工學(xué)院優(yōu)集學(xué)院，江蘇鹽城 224051；2.安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，安徽淮南 232001；3. 濟南時代新紀(jì)元科技有限公司，山東濟南 250022)

基于NX參數(shù)化自頂向下的設(shè)計方法及其在減速器中的應(yīng)用

常 娟1,2，劉德仿1，王 斌1，胡志斌3

(1.鹽城工學(xué)院優(yōu)集學(xué)院，江蘇鹽城 224051；2.安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，安徽淮南 232001；3. 濟南時代新紀(jì)元科技有限公司，山東濟南 250022)

介紹了自頂向下的設(shè)計方法，并且在NX中利用自頂向下的方法對減速器進(jìn)行了設(shè)計，將自頂向下方法和NX參數(shù)化相結(jié)合，通過建立減速器的控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了減速器的整體結(jié)構(gòu)控制；利用NX的wave功能和“表達(dá)式”功能實現(xiàn)了參數(shù)的逐級傳遞、各零件參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)、零部件的并行設(shè)計和自動化裝配。

自頂向下；參數(shù)化；控制結(jié)構(gòu)；并行設(shè)計；自動化裝配

為了適應(yīng)迅速變化的市場需求，提高市場競爭能力，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計一直是設(shè)計行業(yè)的研究焦點，設(shè)計過程智能化是國家科技部智能制造科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃中重點研究的領(lǐng)域之一。

傳統(tǒng)的自底向上設(shè)計方法零件之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系和約束，其裝配過程是通過坐標(biāo)變換將設(shè)計好的零件拼湊在一起的過程，零件不會因為其他數(shù)據(jù)的改變而改變，主要適用于裝配無關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，逐漸不能適應(yīng)現(xiàn)在產(chǎn)品的更新速度。而自頂向下的設(shè)計方法可以實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)從原理布局向裝配結(jié)構(gòu)傳遞，零件與零件之間也能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，可以保證裝配結(jié)構(gòu)整體的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性及約束信息，更好地實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計[1-2]。

本文利用NX的“表達(dá)式”功能和wave功能，很好地解決了參數(shù)傳遞和尺寸關(guān)聯(lián)的問題，將自頂向下的設(shè)計方法和NX的參數(shù)化完美結(jié)合，在后期修改時可實現(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改，使產(chǎn)品的設(shè)計周期進(jìn)一步縮短。

1 NX參數(shù)化技術(shù)和自頂向下的設(shè)計

NX是一套集成CAD/CAM/CAE等一系列模塊的系統(tǒng)軟件，提供了一個基于過程的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計到加工實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計與制造。而且，在設(shè)計過程中可進(jìn)行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計的可靠性和實用性[3]。

通常，參數(shù)化設(shè)計是指零件或部件的形狀比較定型，用一組參數(shù)約束該幾何圖形的一組結(jié)構(gòu)尺寸序列，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)，當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時，就可驅(qū)動達(dá)到新的目標(biāo)幾何圖形，其設(shè)計結(jié)果是包含設(shè)計信息的模型。參數(shù)化設(shè)計可以方便設(shè)計者根據(jù)實際情況對零件或部件的特定參數(shù)進(jìn)行修改，進(jìn)而實現(xiàn)模型的更改[4]。

實現(xiàn)參數(shù)化的方法比較成熟的有以下4種，其優(yōu)缺點如表1所示[5]。

表1 實現(xiàn)參數(shù)化的方法優(yōu)缺點對照表

實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計不同的軟件有不同的方法，對于Pro/E可利用模型系統(tǒng)[6],在NX中實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計有3種方式：1)使用草圖對零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計；2)使用表達(dá)式對零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計[7]；3)利用形狀約束條件建立截面之間的相關(guān)對應(yīng)關(guān)系來對零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。本文利用的是第2種方法實現(xiàn)零部件的參數(shù)化設(shè)計[8]。 產(chǎn)品的自頂向下設(shè)計過程一般包括：功能概念分析、結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計、零部件的詳細(xì)設(shè)計。功能概念分析是指根據(jù)產(chǎn)品的功能要求分析得出產(chǎn)品的組成方案、總體驅(qū)動參數(shù)、產(chǎn)品的參數(shù)總體驅(qū)動路線圖的過程；結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品的外形要求進(jìn)行零部件的位置分配得出產(chǎn)品的總體控制結(jié)構(gòu)圖的過程；零部件的詳細(xì)設(shè)計是指在總體控制結(jié)構(gòu)的約束下進(jìn)行零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計[9-14]。

2 基于NX參數(shù)化自頂向下的設(shè)計方法在減速器上的應(yīng)用

2.1基本思路

本文利用基于NX參數(shù)化自頂向下的設(shè)計方法對直齒輪二級減速器進(jìn)行了設(shè)計，可實現(xiàn)參數(shù)的有效傳遞和零部件的自動化裝配?；舅悸啡鐖D1所示：在NX環(huán)境下首先建立一個“裝配體”文件，在該文件內(nèi)建立減速器的控制結(jié)構(gòu)，其主要元素為關(guān)鍵的點、線、面，然后利用NX的wave功能將控制結(jié)構(gòu)的點、線、面分別分配給下一級具體的部件，在每一個部件內(nèi)再次利用NX的wave功能將部件內(nèi)的點、線、面分配給具體的零件，從而進(jìn)行具體零件的建模，最后將所有零件模型采用絕對原點的方法進(jìn)行裝配，得到最后的產(chǎn)品模型。

圖1 基本思路流程圖Fig.1 Flow chart of basic ideas

2.2實施步驟

2.2.1 確定傳動方案、驅(qū)動參數(shù)，并得出參數(shù)驅(qū)動路線

根據(jù)減速器的傳動功率、傳動比等功能要求進(jìn)行分析，得出減速器的傳動方案、驅(qū)動參數(shù)以及表示驅(qū)動參數(shù)和自定義參數(shù)之間的傳遞驅(qū)動關(guān)系的具體參數(shù)驅(qū)動路線圖，如圖2所示。

2.2.2 建立控制結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖2中的參數(shù)驅(qū)動路線，以步驟2.2.1確定的驅(qū)動參數(shù)和自定義參數(shù)為已知數(shù)據(jù)，計算出零部件的形狀參數(shù)和位置關(guān)系參數(shù)，并建立了表示各參數(shù)之間關(guān)系的公式，將零部件的形狀參數(shù)、位置關(guān)系參數(shù)以及各參數(shù)之間關(guān)系的公式利用NX的“表達(dá)式”功能輸入NX的表達(dá)式表格中，如圖3所示。利用上述表達(dá)式約束減速器的控制結(jié)構(gòu)圖中各元素的關(guān)系，如圖4所示。在控制結(jié)構(gòu)圖中包含了減速器所用到的一切表達(dá)式和信息，同時可利用NX中的PMI功能對控制結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注，在對減速器進(jìn)行修改時只需在控制結(jié)構(gòu)中對其進(jìn)行修改即可。

圖2 參數(shù)驅(qū)動路線圖 Fig.2 Parameter-driven roadmap

圖3 NX參數(shù)表達(dá)式表Fig.3 Parameter expression table of NX

圖4 控制結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Control structure

2.2.3 對減速器進(jìn)行分級

根據(jù)減速器的傳動方案，對減速器進(jìn)行逐級劃分，采用整體—部件—零件的形式。減速器的零部件分級如圖5所示。

圖5 減速器的零部件分級圖Fig.5 Reducer parts grading chart

根據(jù)減速器的零部件劃分，分別將第一級部件的控制結(jié)構(gòu)圖利用NX的wave功能從總體控制結(jié)構(gòu)圖中復(fù)制出來，從而建立第一級部件的控制結(jié)構(gòu)圖，同樣具體零件的控制結(jié)構(gòu)也是利用NX的wave功能從第一級部件的控制結(jié)構(gòu)圖中復(fù)制出來，這個過程在NX中即為建立如圖6所示的裝配導(dǎo)航圖。

圖6 裝配導(dǎo)航圖Fig.6 Assembly guiding map

2.2.4 并行設(shè)計

從裝配導(dǎo)航器的最低一級開始對零件逐一進(jìn)行建模，此時，可將零件分發(fā)給不同的工作人員進(jìn)行建模，實現(xiàn)不同零件的并行設(shè)計，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

2.2.5 裝配

具體零件建模完成后，進(jìn)行裝配。在裝配時將裝配導(dǎo)航圖所示的所有零件進(jìn)行裝配，此時可使用絕對原點裝配，不必使用約束，摒除了傳統(tǒng)自底向上設(shè)計裝配時所要進(jìn)行的復(fù)雜的各個零件之間的配合，實現(xiàn)裝配的自動化，如圖7所示，簡單準(zhǔn)確快捷。

圖7 減速器模型Fig.7 Reducer model

3 結(jié) 語

根據(jù)以上減速器的設(shè)計實例可以看出，將NX參數(shù)化和自頂向下設(shè)計的設(shè)計方法相結(jié)合，通過建立控制結(jié)構(gòu)和使用wave功能，可以實現(xiàn)不同零件的并行設(shè)計，而且自頂向下設(shè)計的設(shè)計方法符合產(chǎn)品設(shè)計人員的思維過程，將其應(yīng)用在NX里，可以方便產(chǎn)品設(shè)計人員將思維過程反映在電腦里，并且NX參數(shù)化可以很方便地對產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行修改，避免了傳統(tǒng)修改過程的繁瑣，更好地實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計。

基于NX參數(shù)化自頂向下設(shè)計的設(shè)計方法能夠滿足產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)要求，能及時準(zhǔn)確地向下傳遞設(shè)計信息，是一種高效率的方法，可以為企業(yè)縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，使產(chǎn)品更新速度越來越快，提高企業(yè)競爭力，給企業(yè)帶來更大的效益，在當(dāng)今這個“時間就是金錢”的時代一定會發(fā)揮巨大的作用。

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Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric

CHANG Juan1,2, LIU Defang1, WANG Bin1, HU Zhibin3

(1.UGS College, Yancheng Technology University, Yancheng Jiangsu 224051, China;2.College of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China;3.Jinan Times New Era Technology Company Limited, Jinan Shandong 250022, China)

This paper introduces top-down design method, and uses this method to design reducer in NX. By combining top-down design method and NX parametric, and through the establishment of reducer control structure, the overall structure control is achieved. The wave function and "expression" function of NX is used to achieve a gradual transfer of parameters, the link of parameters between each part, concurrent design of the parts and automated assembly.

top-down; parametric; control structure; concurrent design; automated assembly

1008-1534(2014)04-0316-05

2014-03-06;

2014-03-26；責(zé)任編輯：李 穆

第九批江蘇省“六大人才高峰”資助項目(ZBZZ-043)；江蘇省教育廳省屬高校自然科學(xué)研究面上自籌經(jīng)費項目(12KJD520010)

常 娟(1988-)，女，山東鄒城人，碩士研究生，主要從事機械制造及其自動化方面的研究。

王 斌副教授。E-mail: wangbin@ycit.cn

TH122

A

10.7535/hbgykj.2014yx04010

常 娟，劉德仿，王 斌，等.基于NX參數(shù)化自頂向下的設(shè)計方法及其在減速器中的應(yīng)用[J].河北工業(yè)科技,2014,31(4):316-320. CHANG Juan, LIU Defang, WANG Bin, et al.Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(4):316-320.